來自世界各地的研究人員本週聚集在新奧爾良的美國化學學會年會，展示了三十多份關於鋰離子電池技術的報告，重點介紹了改進的元件、更佳的效能和更高效的生產流程。
今年會議的主題是食物和能源。鋰離子技術構成了會議議程的重要部分，因為能量儲存是清潔能源系統的關鍵使能技術，例如為電動汽車供電以及平抑來自風能和太陽能發電機的電力波動。
但正如最近波音787夢想客機的電池問題所表明的那樣，市場上的許多產品仍有很大的改進空間。
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德克薩斯大學奧斯汀分校德克薩斯材料研究所所長阿魯穆加姆·曼西拉姆說：“最大的障礙是成本。”他解釋說，這不僅僅是電池的標價。儲能裝置必須足夠耐用才能提供經濟回報。
對於手機和筆記型電腦，鋰電池非常有效，因為大多數消費者在電池耗盡之前就會升級換代。電池在裝置的重量和成本中所佔比例也很小，僅調節少量能量。
相比之下，汽車的電池價格可能高達 15,000 美元，並且可能使小型車輛的重量增加一倍。它們還會吸收和分散大量的電力浪湧，因此工程師需要投入更多時間和資源來確保電池安全，從而推高價格。
曼西拉姆在會議上展示了他關於電池材料的一些研究，這些材料可以解決其中一些問題。 “材料是瓶頸，”他說。“我們[還]沒有神奇的材料能夠以低成本儲存大量能量，能夠長時間迴圈使用，並且充電時間短。”
電池處理和回收研究
一種方法是使用更好的負極。目前的鋰離子電池使用石墨製成的負極。當您快速充電電池時，尤其是在寒冷的環境中，鋰離子可能會在負極上鍍上，形成樹枝狀的突起，稱為枝晶。如果枝晶足夠長，它們可能會接觸到其他電池元件，從而造成短路，導致電池失效。
曼西拉姆說，使用銻基奈米複合材料負極，他可以設計出更安全、更耐用的電池，能夠承受更高的電壓。曼西拉姆說，他還在研究其他電池化學物質，如鋰硫和鈉離子，它們使用不同的材料並具有各自的優勢。這樣，工程師就可以在電池的整個生命週期內降低成本。
處理廢舊電池是另一個重要的研究領域。伍斯特理工學院的助理教授王炎正在展示他關於改進鋰離子系統回收利用的工作。他解釋說，鋰電池已經是一個年產值 110 億美元的產業，一些分析師預計到 2020 年，這一數字將增長到每年 500 億美元。隨著越來越多的電動汽車上路和越來越多的風力渦輪機開始旋轉，對電池及其原材料的需求將激增。
然而，鋰可能供應不足，美國製造商將不得不尋找國外來源，因為國內供應正在枯竭。此外，簡單地將老化的鋰電池傾倒到垃圾填埋場可能會將有害化學物質釋放到環境中。
因此，回收利用成為最具吸引力的解決方案，但分解鋰電池可能很昂貴，因為分離元件既繁瑣又需要像熔爐這樣的高能電器。
王炎正在研究一種低溫工藝，該工藝使用酸和溶劑將電池分解成有用的元素，如鐵、鎳、鈷、錳和鋰。利用它們不同的物理特性，該工藝可以分離出更容易分離的化合物。
王炎說，對於非常相似的材料，他的工藝仍然可以產生有用的產品，而無需將它們完全彼此隔離。 “我們工藝的創新之處在於我們不分離這些元素；我們控制比例，”他說。這樣，回收裝置使用的能源更少，製造商在製造新電池時也不必自己重新組合材料。
會議上的研究人員還將重點介紹他們在鋰離子電池其他方面的工作，包括開發更高效的電解質、在奈米級構建元件以及精確地弄清楚是什麼使這些電池發揮作用。
轉載自 Climatewire，經 Environment & Energy Publishing, LLC 許可。 www.eenews.net，202-628-6500